DE102007057222A1 - Isolated gate transistor - Google Patents

Isolated gate transistor Download PDF

Info

Publication number
DE102007057222A1
DE102007057222A1 DE102007057222A DE102007057222A DE102007057222A1 DE 102007057222 A1 DE102007057222 A1 DE 102007057222A1 DE 102007057222 A DE102007057222 A DE 102007057222A DE 102007057222 A DE102007057222 A DE 102007057222A DE 102007057222 A1 DE102007057222 A1 DE 102007057222A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
trenches
source
conductivity type
layer
base layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE102007057222A
Other languages
German (de)
Other versions
DE102007057222B4 (en
Inventor
Shunsuke Sakamoto
Eisuke Suekawa
Tetsujiro Tsunoda
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE102007057222A1 publication Critical patent/DE102007057222A1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE102007057222B4 publication Critical patent/DE102007057222B4/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]

Abstract

Eine Ladungsspeicherschicht (12) eines ersten Leitungstyps ist auf der ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates (11) ausgebildet. Eine Basisschicht (13) des zweiten Leitungstyps ist auf der Ladungsspeicherschicht (12) ausgebildet. Jeder Graben (14), der durch die Basisschicht (13) und die Ladungsspeicherschicht (12) hindurch ausgebildet ist, ist mit einem isolierenden Film (15) ausgekleidet und mit einer Graben-Gate-Elektrode (16) ausgefüllt. Dummy-Gräben (17) sind auf beiden Seiten jedes Grabens (14) ausgebildet. Sourceschichten (21) des ersten Leitungstyps sind selektiv in der Oberfläche der Basisschicht (13) und in Kontakt mit den Seitenwänden der Gräben (14) ausgebildet. Die Sourceschichten (21) sind voneinander beabstandet und entlang der Längsrichtung der Gräben (14) angeordnet. Eine Kontaktschicht (22) des zweiten Leitungstyps ist in der Oberfläche der Basisschicht (13) und zwischen jeweils zwei benachbarten Sourceschichten (21), die entlang der Längsrichtung der Gräben (14) angeordnet sind, ausgebildet. Eine Kollektorschicht (24) des zweiten Leitungstyps ist auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (11) ausgebildet.A Charge storage layer (12) of a first conductivity type is on first main surface of a semiconductor substrate (11) educated. A base layer (13) of the second conductivity type is formed on the charge storage layer (12). Each trench (14), the through the base layer (13) and the charge storage layer (12) is formed through, is lined with an insulating film (15) and filled with a trench gate electrode (16). Dummy trenches (17) are formed on both sides of each trench (14). source layers (21) of the first conductivity type are selectively in the surface the base layer (13) and in contact with the side walls the trenches (14) formed. The source stories (21) are spaced apart and along the longitudinal direction of the Trenches (14) arranged. A contact layer (22) of the second Conductivity type is in the surface of the base layer (13) and between each two adjacent source layers (21), the arranged along the longitudinal direction of the trenches (14) are, trained. A collector layer (24) of the second conductivity type is on the second main surface of the semiconductor substrate (11) educated.

Figure 00000001
Figure 00000001

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Transistoren mit isoliertem Gate, die zum Ausbilden eines Wechselrichters, etc. verwendet werden, und spezieller auf Transistoren mit isoliertem Gate, die so ausgelegt sind, dass sie im Kurzschlussmodus eine verringerte Schwankung im Strom zeigen und eine hinreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem elektrischen Durchbruch aufweisen.The The present invention relates to insulated-type transistors Gate used to form an inverter, etc. and more particularly to insulated gate transistors designed in this way are that they have a reduced fluctuation in the short circuit mode Show current and sufficient resistance have an electrical breakdown.

Zum Verringern des Stroms in einem Kurzschlussmodus und zur Verhinderung eines elektrischen Durchbruchs gibt es einen Typ eines Bipolartransistors mit isoliertem Gate (IGBT) mit einer Graben-Gate-Struktur, welcher Dummy-Gräben (welche nicht einen Teil der Kanäle bilden) aufweist (siehe z. B. JP-A-2002-16252 ).To reduce current in a short circuit mode and to prevent electrical breakdown, there is one type of insulated gate bipolar transistor (IGBT) having a trench gate structure which has dummy trenches (which do not form part of the channels) (see, eg, FIG B. JP-A-2002-16252 ).

4 ist eine Draufsicht auf einen bekannten Transistor mit isoliertem Gate. Bezug nehmend auf die Figur sind Dummy-Gräben 17 auf beiden Seiten der Gräben 14 ausgebildet und n-Typ-Sourceschichten 21 sind selektiv in der Oberfläche einer p-Typ-Basisschicht 13 und in Kontakt zu den Seitenwänden der Gräben 14 ausgebildet. Weiterhin sind p+-Typ-Kontaktschichten 22 in der Oberfläche der Basisschichten 13 und zwischen den Gräben 14 und den Dummy-Gräben 17 ausgebildet. 4 FIG. 10 is a top view of a known insulated gate transistor. FIG. Referring to the figure, there are dummy trenches 17 on both sides of the trenches 14 trained and n-type source stories 21 are selective in the surface of a p-type base layer 13 and in contact with the side walls of the trenches 14 educated. Furthermore, p + -type contact layers 22 in the surface of the base layers 13 and between the trenches 14 and the dummy trenches 17 educated.

Somit sind in bekannten Transistoren mit isoliertem Gate die Sourceschichten 21 zwischen den Kontaktschichten 22 und den Gräben 14 ausgebildet und diese Sourceschichten 21 wirken als Source-Vorschalt-Widerstände 27 (siehe 4). Es wurde jedoch entdeckt, dass die Werte der Vorschalt-Widerstände 27 mit Veränderungen in der Strukturierungsgenauigkeit der Source- und Graben-Bildungsprozesse schwanken, was in Veränderungen des Stroms in einem Kurzschlussmodus resultiert und was in einer verringerten Widerstandsfähigkeit gegenüber einem elektrischen Durchbruch resultieren kann.Thus, in known insulated gate transistors, the source layers are 21 between the contact layers 22 and the trenches 14 educated and these source stories 21 act as source ballast resistors 27 (please refer 4 ). However, it was discovered that the values of the ballast resistors 27 with variations in the patterning accuracy of the source and trench formation processes, resulting in changes in current in a short circuit mode and which may result in reduced resistance to electrical breakdown.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht zum Lösen der obigen Probleme. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Transistor mit isoliertem Gate bereitzustellen, der so ausgelegt ist, dass er eine verringerte Schwankung des Stroms in seinem Kurzschlussmodus zeigt und eine hinreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem elektrischen Durchbruch aufweist.The The present invention has been made for solving the above Problems. It is therefore an object of the present invention To provide an insulated gate transistor designed so is that he has a reduced fluctuation of the current in his short circuit mode shows and a sufficient resistance to having an electrical breakdown.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Transistor mit isoliertem Gate gemäß Anspruch 1.The Task is solved by a transistor with insulated Gate according to claim 1.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.further developments The invention are described in the subclaims.

Gemäß eines Aspektes der vorliegenden Erfindung ist eine Ladungsspeicherschicht des ersten Leitungstyps auf der ersten Hauptoberfläche eines Halbleitersubstrates ausgebildet. Eine Basisschicht des zweiten Leitungstyps ist auf der Ladungsspeicherschicht ausgebildet. Jeder Graben, der durch die Basis schicht und die Ladungsspeicherschicht hindurch ausgebildet ist, ist mit einem isolierenden Film überzogen und mit einer Graben-Gateelektrode ausgefüllt. Dummy-Gräben sind auf beiden Seiten jedes Grabens ausgebildet. Sourceschichten des ersten Leitungstyps sind an einzelnen Stellen in der Oberfläche der Basisschicht und in Kontakt zu den Seitenwänden der Gräben ausgebildet. Die Sourceschichten sind voneinander beabstandet und entlang der Längsrichtung der Gräben angeordnet. Eine Kontaktschicht des zweiten Leitungstyps ist in der Oberfläche der Basisschicht und zwischen jeweils zwei an sie angrenzenden Sourceschichten entlang der Längsrichtung der Gräben angeordnet. Eine Kollektorschicht des zweiten Leitungstyps ist auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates ausgebildet.According to one Aspect of the present invention is a charge storage layer of the first conductivity type on the first main surface a semiconductor substrate formed. A base layer of the second Conduction type is formed on the charge storage layer. Everyone Digging through the base layer and the charge storage layer is formed through, is coated with an insulating film and filled with a trench gate electrode. Dummy trenches are formed on both sides of each trench. source layers of the first conductivity type are at individual points in the surface the base layer and in contact with the sidewalls of the Trained trenches. The source stories are from each other spaced and along the longitudinal direction of the trenches arranged. A contact layer of the second conductivity type is in the surface of the base layer and between each two Sourceschichten adjoining them along the longitudinal direction arranged the trenches. A collector layer of the second Conduction type is on the second main surface of the semiconductor substrate educated.

Somit ermöglicht die vorliegende Erfindung, dass ein Transistor mit isoliertem Gate eine verringerte Schwankung des Stroms in seinem Kurzschlussmodus zeigt und eine hinreichende Widerstandsfähigkeit gegenüber einem elektrischen Durchbruch aufweist.Consequently allows the present invention that a transistor with insulated gate a reduced variation of the current in his Short circuit mode shows and sufficient resistance has an electrical breakdown.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:Further Features and benefits of the invention result from the description of embodiments based the drawings. From the figures show:

1 eine Draufsicht auf einen Transistor mit isoliertem Gate gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, 1 a plan view of an insulated gate transistor according to a first embodiment of the present invention,

2 eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' von 1, 2 a cross-sectional view along the line AA 'of 1 .

3 eine Draufsicht auf einen Transistor mit isoliertem Gate gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und 3 a plan view of an insulated gate transistor according to a second embodiment of the present invention, and

4 eine Draufsicht auf einen bekannten Transistor mit isoliertem Gate. 4 a plan view of a known transistor with insulated gate.

Erste AusführungsformFirst embodiment

1 ist eine Draufsicht auf einen Transistor mit isoliertem Gate gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A' von 1. 1 FIG. 12 is a plan view of an insulated gate transistor according to a first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view along the line AA 'of 1 ,

Bezug nehmend auf 1 und 2 ist eine n-Typ-Ladungsspeicherschicht 12 auf der Deckfläche (oder ersten Hauptoberfläche) eines n-Typ-Halbleitersubstrates 11 ausgebildet. Eine p-Typ-Basisschicht 13 ist auf der Ladungsspeicherschicht 12 ausgebildet.Referring to 1 and 2 is an n-type charge storage layer 12 on the top surface (or first major surface) of an n-type semiconductor substrate 11 educated. A p-type basis layer 13 is on the charge storage layer 12 educated.

Eine Mehrzahl von Gräben 14 ist durch die Basisschicht 13 und die Ladungsspeicherschicht 12 hindurch ausgebildet und parallel zueinander angeordnet (d. h. in Streifen angeordnet). Jeder Graben 14 ist mit einem isolierenden Film 15 ausgekleidet und mit einer Graben-Gateelektrode 16 ausgefüllt. Dummy-Gräben 17 sind auf beiden Seiten jedes Grabens 14 ausgebildet und parallel zueinander angeordnet (d. h. in Streifen angeordnet). Diese Dummy-Gräben 17 durchdringen ebenfalls die Basisschicht 13 und die Ladungsspeicherschicht 12. Jeder Dummy-Graben 17 ist mit einem isolierenden Film 18 ausgekleidet und mit einer Dummy-Graben-Gateelektrode 19 ausgefüllt. Die Dummy-Graben-Gateelektroden 19 sind nicht elektrisch mit den Graben- Gateelektroden 16 verbunden. Isolationsschichten 20 sind jeweils auf den entsprechenden Graben-Gateelektroden 16 und den Dummy-Graben-Gateelektroden 19 ausgebildet.A plurality of trenches 14 is through the base layer 13 and the charge storage layer 12 formed therethrough and arranged parallel to each other (ie arranged in strips). Every ditch 14 is with an insulating film 15 lined and with a trench gate electrode 16 filled. Dummy trenches 17 are on both sides of each trench 14 formed and arranged parallel to each other (ie arranged in strips). These dummy trenches 17 also penetrate the base layer 13 and the charge storage layer 12 , Every dummy trench 17 is with an insulating film 18 lined and with a dummy trench gate electrode 19 filled. The dummy trench gate electrodes 19 are not electrical with the trench gate electrodes 16 connected. insulation layers 20 are each on the respective trench gate electrodes 16 and the dummy trench gate electrodes 19 educated.

N+-Typ-Sourceschichten 21 sind selektiv in der Oberfläche der Basisschicht 13 und in Kontakt zu den Seitenwänden der Gräben 14 ausgebildet. Die Sourceschichten 21 sind voneinander beabstandet und entlang der Längsrichtung der Gräben 14 angeordnet. Eine p+-Typ-Kontaktschicht 22 ist in der Oberfläche der Basisschicht 13 und zwischen jeweils zwei angrenzenden Sourceschichten 21 entlang der Längsrichtung der Gräben 14 angeordnet.N + -type source stories 21 are selective in the surface of the base layer 13 and in contact with the side walls of the trenches 14 educated. The source stories 21 are spaced apart and along the longitudinal direction of the trenches 14 arranged. A p + -type contact layer 22 is in the surface of the base layer 13 and between two adjacent source stories 21 along the longitudinal direction of the trenches 14 arranged.

Eine n+-Typ-Pufferschicht 23 ist auf der Bodenfläche (oder zweiten Hauptoberfläche) des Halbleitersubstrates 11 ausgebildet und eine p+-Typ-Kollektorschicht 24 ist auf der Pufferschicht 23 ausgebildet. Weiterhin ist eine Emitterelektrode 25 an die Sourceschichten 21 und die Kontaktschichten 22 angeschlossen und eine Kollektorelektrode 26 ist mit der Kollektorschicht 24 verbunden.An n + -type buffer layer 23 is on the bottom surface (or second main surface) of the semiconductor substrate 11 formed and a p + -type collector layer 24 is on the buffer layer 23 educated. Furthermore, an emitter electrode 25 to the source stories 21 and the contact layers 22 connected and a collector electrode 26 is with the collector layer 24 connected.

Somit ist der Transistor mit isoliertem Gate der vorliegenden Ausführungsform ein "Ladungsspeicher-Graben-IGBT", welcher die n-Typ-Ladungsspeicherschicht 12 enthält, die unter der p-Typ-Basisschicht 13 ausgebildet ist zum Speichern von Ladungsträgern. Bei einem bekannten Graben-IGBT nimmt die Löcherdichte (oder Löcherkonzentration) mit abnehmendem Abstand von dem Emitter ab, während in diesem "Ladungsspeicher-Graben-IGBT" die Löcherkonzentration hoch ist, sogar auf der Emitterseite, was in einer verringerten Anschaltspannung (oder Sättigungsspannung) resultiert. Als ein Ergebnis ist es möglich, den Trade-Off (Kompromiss) zwischen der Sättigungsspannung und der Abschaltenergie zu verbessern.Thus, the insulated gate transistor of the present embodiment is a "charge storage trench IGBT" which is the n-type charge storage layer 12 contains that under the p-type base layer 13 is designed for storing charge carriers. In a known trench IGBT, the hole density (or hole concentration) decreases with decreasing distance from the emitter, while in this "charge storage trench IGBT" the hole concentration is high, even on the emitter side, resulting in a reduced turn-on voltage (or saturation voltage). results. As a result, it is possible to improve the trade-off (compromise) between the saturation voltage and the cutoff power.

Da die n+-Typ-Sourceschichten 21 und die p+-Typ-Kontaktschichten 22 abwechselnd entlang der Längsrichtung der Gräben 14 angeordnet sind, sind weiterhin die n+-Typ-Sourceschichten 21 und die Basisschicht 13, welche in Richtung der Breite der Kanäle aneinander grenzen, über die Emitterelektrode 25 elektrisch miteinander verbunden. Dies verhindert einen Latch-Up eines parasitären npnp-Tyristors, der durch die n+-Typ-Sourceschichten 21, die p-Typ-Basisschicht 13, das n-Typ-Halbleitersubstrat 11 und die p-Typ-Kollektorschicht 24 ausgebildet ist.Because the n + -type source stories 21 and the p + -type contact layers 22 alternating along the longitudinal direction of the trenches 14 are still the n + -type source layers 21 and the base layer 13 , which adjoin one another in the direction of the width of the channels, via the emitter electrode 25 electrically connected to each other. This prevents a latch-up of a parasitic npnp thyristor that is driven by the n + -type source layers 21 , the p-type base layer 13 , the n-type semiconductor substrate 11 and the p-type collector layer 24 is trained.

Weiterhin sind gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Sourceschichten 21 voneinander beabstandet und entlang der Längsrichtung der Gräben 14 angeordnet. Dies bedeutet, die Sourceschichten 21 sind nicht zwischen den Kontaktschichten 22 und den Gräben 14 angeordnet. Dies wiederum bedeutet, dass dieser Transistor mit isoliertem Gate nicht Source-Vorschalt-Widerstände enthält, deren Werte mit Schwankungen in der Strukturierungsgenauigkeit der Source- und Graben-Ausbildungsprozesse variieren. Diese Anordnung erlaubt es dem Transistor mit isoliertem Gate, eine verringerte Schwankung des Stroms in seinem Kurzschlusszustand zu zeigen und eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem elektrischen Durchbruch beizubehalten.Furthermore, according to the present embodiment, the source layers 21 spaced apart and along the longitudinal direction of the trenches 14 arranged. This means the source stories 21 are not between the contact layers 22 and the trenches 14 arranged. This in turn means that this insulated gate transistor does not contain source biasing resistors whose values vary with variations in the patterning accuracy of the source and trench formation processes. This arrangement allows the insulated gate transistor to exhibit a reduced fluctuation of the current in its short-circuited state and to maintain resistance to electrical breakdown.

Es sollte bemerkt werden, dass die Abmessungen der Sourceschichten 21 optimal festgelegt werden durch die Abstimmung zwischen der Strombelastbarkeit und dem Kurzschlussstrom. Speziell sind die Sourceschichten 21 vorzugsweise so ausgebildet, dass das Verhältnis der Breite (oder Kanalweite) Wch der Sourceschichten 21 zu dem Abstand Wgate zwischen benachbarten Sourceschichten 21 in der Längsrichtung der Gräben 14 0,1–0,5 be trägt. Dies ermöglicht es dem Transistor mit isoliertem Gate eine verringerte Schwankung im Kurzschlussstrom zu zeigen und eine Widerstandsfähigkeit gegenüber einem elektrischen Durchbruch beizubehalten.It should be noted that the dimensions of the source layers 21 can be optimally determined by the vote between the current carrying capacity and the short-circuit current. Especially the source stories are 21 preferably formed so that the ratio of the width (or channel width) W ch of the source layers 21 to the distance W gate between adjacent source layers 21 in the longitudinal direction of the trenches 14 0.1-0.5 be wearing. This allows the insulated gate transistor to exhibit a reduced fluctuation in the short circuit current and to maintain resistance to electrical breakdown.

Weiterhin werden die Dummy-Graben-Gateelektroden 19 bevorzugt auf dem gleichen Potential (GND) wie die Emitterelektrode 25 gehalten zum Verringern der Gatekapazität.Furthermore, the dummy trench gate electrodes become 19 preferably at the same potential (GND) as the emitter electrode 25 held to reduce the gate capacity.

Weiterhin beträgt die Breite Wch der Sourceschichten 21 bevorzugt 1,0 μm oder mehr. Mit dieser Anordnung kann die Schwankung des Kurzschlussstromes mit Schwankungen in der Breite Wch der Sourceschichten 21 auf 20% oder weniger begrenzt werden, wenn die Strukturierungsgenauigkeit des Ausbildungsprozesses der Sourceschicht 21 ±0,2 μm beträgt. Dadurch werden die Abmessungen der Sourceschichten 21 optimal festgelegt zum Verringern der Schwankung des Kurzschlussstromes.Furthermore, the width W ch of the source layers 21 preferably 1.0 μm or more. With this arrangement, the fluctuation of the short-circuit current can vary with variations in the width W ch of the source layers 21 be limited to 20% or less, if the structuring accuracy of the formation process of the source layer 21 ± 0.2 μm. This will change the dimensions of the source layers 21 optimally set to reduce the fluctuation of the short-circuit current.

Zweite AusführungsformSecond embodiment

3 ist eine Draufsicht auf einen Transistor mit isoliertem Gate gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Dieser Transistor mit isoliertem Gate unterscheidet sich von jenem der ersten Ausführungsform darin, dass jede Sourceschicht 21 eine einseitige Kerbe aufweist. Diese Anordnung erlaubt eine Verringerung des Widerstandes der Basisschicht 13 unter den Sourceschichten 21. Dies macht es möglich, einen Latch-Up eines parasitären Transistors in dem Transistor mit isoliertem Gate zu verhindern und dadurch eine Verringerung der Widerstandsfähigkeit gegenüber einem elektrischen Durchbruch zu verhindern. 3 is a plan view of a transistor insulated gate according to a second embodiment of the present invention. This insulated gate transistor differs from that of the first embodiment in that each source layer 21 has a one-sided notch. This arrangement allows a reduction in the resistance of the base layer 13 under the source stories 21 , This makes it possible to prevent a latch-up of a parasitic transistor in the insulated gate transistor, thereby preventing a reduction in resistance to electrical breakdown.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list The documents listed by the applicant have been automated generated and is solely for better information recorded by the reader. The list is not part of the German Patent or utility model application. The DPMA takes over no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - JP 2002-16252 A [0002] - JP 2002-16252 A [0002]

Claims (5)

Transistor mit isoliertem Gate mit: einem Halbleitersubstrat (11) eines ersten Leitungstyps mit einer ersten Hauptoberfläche und einer zweiten Hauptoberfläche; einer Ladungsspeicherschicht (12) des ersten Leitungstyps, die auf der ersten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (11) ausgebildet ist; einer Basisschicht (13) eines zweiten Leitungstyps, die auf der Ladungsspeicherschicht (12) ausgebildet ist; Gräben (14), welche durch die Basisschicht (13) und die Ladungsspeicherschicht (12) hindurch ausgebildet sind und in Streifen angeordnet sind, wobei die Gräben (14) mit einem isolierenden Film (15) ausgekleidet sind; Graben-Gate-Elektroden (16), von denen jede einen entsprechenden Graben (14) ausfüllt; Dummy-Gräben (17), welche durch die Basisschicht (13) und die Ladungsspeicherschicht (12) hindurch ausgebildet sind und in Streifen auf beiden Seiten der Gräben (14) angeordnet sind, wobei die Dummy-Gräben (17) mit einem isolierenden Film (18) ausgekleidet sind; Dummy-Graben-Gateelektroden (19), die jeweils einen entsprechenden der Dummy-Gräben (17) ausfüllen, wobei die Dummy-Graben-Gateelektroden (19) elektrisch nicht mit den Graben-Gate-Elektroden (16) verbunden sind; Sourceschichten (21) des ersten Leitungstyps, welche selektiv in einer Oberfläche der Basisschicht (13) und in Kontakt mit den Seitenwänden der Gräben (14) ausgebildet sind, wobei die Sourceschichten (21) voneinander beabstandet sind und entlang einer Längsrichtung der Gräben (14) angeordnet sind; Kontaktschichten (22) des zweiten Leitungstyps, die in der Oberfläche der Basisschicht (13) und zwischen den Sourceschichten (21), welche entlang der Längsrichtung der Gräben (14) angeordnet sind, ausgebildet sind; einer Kollektorschicht (24) des zweiten Leitungstyps, die auf der zweiten Hauptoberfläche des Halbleitersubstrates (11) ausgebildet ist; einer Emitterelektrode (25), welche mit den Sourceschichten (21) und den Kontaktschichten (22) verbunden ist; und einer Kollektorelektrode (26), welche mit der Kollektorschicht (24) verbunden ist.Insulated gate transistor comprising: a semiconductor substrate ( 11 ) of a first conductivity type having a first main surface and a second main surface; a charge storage layer ( 12 ) of the first conductivity type, which on the first main surface of the semiconductor substrate ( 11 ) is trained; a base layer ( 13 ) of a second conductivity type which is located on the charge storage layer ( 12 ) is trained; Trenches ( 14 ) through the base layer ( 13 ) and the charge storage layer ( 12 ) are formed therethrough and are arranged in strips, wherein the trenches ( 14 ) with an insulating film ( 15 ) are lined; Trench gate electrodes ( 16 ), each of which has a corresponding trench ( 14 ); Dummy trenches ( 17 ) through the base layer ( 13 ) and the charge storage layer ( 12 ) are formed therethrough and in strips on both sides of the trenches ( 14 ), the dummy trenches ( 17 ) with an insulating film ( 18 ) are lined; Dummy trench gate electrodes ( 19 ), each one corresponding to the dummy trenches ( 17 ), wherein the dummy trench gate electrodes ( 19 ) not electrically connected to the trench gate electrodes ( 16 ) are connected; Source stories ( 21 ) of the first conductivity type which selectively in a surface of the base layer ( 13 ) and in contact with the side walls of the trenches ( 14 ), the source stories ( 21 ) are spaced from each other and along a longitudinal direction of the trenches ( 14 ) are arranged; Contact layers ( 22 ) of the second conductivity type which are present in the surface of the base layer ( 13 ) and between the source stories ( 21 ), which along the longitudinal direction of the trenches ( 14 ) are arranged are formed; a collector layer ( 24 ) of the second conductivity type, which on the second main surface of the semiconductor substrate ( 11 ) is trained; an emitter electrode ( 25 ), which with the source stories ( 21 ) and the contact layers ( 22 ) connected is; and a collector electrode ( 26 ), which with the collector layer ( 24 ) connected is. Transistor mit isoliertem Gate nach Anspruch 1, bei dem das Verhältnis einer Breite der Sourceschichten (21) zu dem Abstand zwischen benachbarten Sourceschichten (21) 0,1–0,5 beträgt, wobei die Sourceschichten (21) entlang der Längsrichtung der Gräben (14) angeordnet sind und die Breite der Sourceschichten (21) in der Längsrichtung der Gräben (14) gemessen wird.An insulated gate transistor according to claim 1, wherein the ratio of a width of the source layers ( 21 ) to the distance between adjacent source layers ( 21 ) 0.1-0.5, with the source stories ( 21 ) along the longitudinal direction of the trenches ( 14 ) and the width of the source stories ( 21 ) in the longitudinal direction of the trenches ( 14 ) is measured. Transistor mit isoliertem Gate nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Dummy-Graben-Gateelektroden (19) auf dem gleichen Potenial wie die Emitterelektrode (25) gehalten sind.An insulated gate transistor according to claim 1 or 2, wherein said dummy trench gate electrodes ( 19 ) at the same potential as the emitter electrode ( 25 ) are held. Transistor mit isoliertem Gate nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Breite der Sourceschichten (21) in der Längsrichtung der Gräben (14) 1,0 μm oder mehr beträgt.Insulated gate transistor according to one of Claims 1 to 3, in which the width of the source layers ( 21 ) in the longitudinal direction of the trenches ( 14 ) Is 1.0 μm or more. Transistor mit isoliertem Gate nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Sourceschichten (21) eine einseitige Kerbe aufweisen.Insulated gate transistor according to one of Claims 1 to 4, in which the source layers ( 21 ) have a one-sided notch.
DE102007057222A 2007-03-14 2007-11-28 Isolated gate transistor Expired - Fee Related DE102007057222B4 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007-064995 2007-03-14
JP2007064995A JP2008227251A (en) 2007-03-14 2007-03-14 Insulated gate transistor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102007057222A1 true DE102007057222A1 (en) 2008-09-25
DE102007057222B4 DE102007057222B4 (en) 2012-05-31

Family

ID=39713294

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102007057222A Expired - Fee Related DE102007057222B4 (en) 2007-03-14 2007-11-28 Isolated gate transistor

Country Status (4)

Country Link
US (1) US7675113B2 (en)
JP (1) JP2008227251A (en)
KR (1) KR100935165B1 (en)
DE (1) DE102007057222B4 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013006666B4 (en) 2013-02-13 2019-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device

Families Citing this family (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7785946B2 (en) 2007-09-25 2010-08-31 Infineon Technologies Ag Integrated circuits and methods of design and manufacture thereof
JP4256901B1 (en) * 2007-12-21 2009-04-22 株式会社豊田中央研究所 Semiconductor device
JP4688901B2 (en) * 2008-05-13 2011-05-25 三菱電機株式会社 Semiconductor device
JP5216801B2 (en) 2010-03-24 2013-06-19 株式会社東芝 Semiconductor device
JP5566272B2 (en) * 2010-11-26 2014-08-06 三菱電機株式会社 Semiconductor device
US10249721B2 (en) 2013-04-04 2019-04-02 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device including a gate trench and a source trench
US9666663B2 (en) 2013-08-09 2017-05-30 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with cell trench structures and contacts and method of manufacturing a semiconductor device
US9076838B2 (en) 2013-09-13 2015-07-07 Infineon Technologies Ag Insulated gate bipolar transistor with mesa sections between cell trench structures and method of manufacturing
US9105679B2 (en) * 2013-11-27 2015-08-11 Infineon Technologies Ag Semiconductor device and insulated gate bipolar transistor with barrier regions
US9385228B2 (en) 2013-11-27 2016-07-05 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with cell trench structures and contacts and method of manufacturing a semiconductor device
US9553179B2 (en) 2014-01-31 2017-01-24 Infineon Technologies Ag Semiconductor device and insulated gate bipolar transistor with barrier structure
US10608104B2 (en) 2014-03-28 2020-03-31 Infineon Technologies Ag Trench transistor device
CN103956379B (en) * 2014-05-09 2017-01-04 常州中明半导体技术有限公司 Have and optimize the CSTBT device embedding primitive cell structure
CN104157684B (en) * 2014-08-25 2017-02-08 株洲南车时代电气股份有限公司 Trench gate IGBT chip
JP6515484B2 (en) * 2014-10-21 2019-05-22 株式会社デンソー Semiconductor device
KR101955055B1 (en) 2014-11-28 2019-03-07 매그나칩 반도체 유한회사 Power semiconductor device and method of fabricating the same
JPWO2016113865A1 (en) * 2015-01-14 2017-07-13 三菱電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
US9634131B2 (en) * 2015-02-05 2017-04-25 Changzhou ZhongMin Semi-Tech Co. Ltd. Insulated gate bipolar device
US10529839B2 (en) * 2015-05-15 2020-01-07 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
CN105226090B (en) 2015-11-10 2018-07-13 株洲中车时代电气股份有限公司 A kind of igbt and preparation method thereof
CN105304697B (en) * 2015-11-10 2019-02-15 株洲南车时代电气股份有限公司 A kind of igbt chip and preparation method thereof
CN105390537B (en) * 2015-11-10 2018-12-21 株洲南车时代电气股份有限公司 A kind of trench gate IGBT and preparation method thereof
US10347724B2 (en) * 2015-12-07 2019-07-09 Mitsubishi Electric Corporation Silicon carbide semiconductor device
CN107851666B (en) * 2016-02-15 2021-11-23 富士电机株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
JP6668804B2 (en) * 2016-02-16 2020-03-18 富士電機株式会社 Semiconductor device
KR101836256B1 (en) 2016-06-24 2018-03-08 현대자동차 주식회사 Semiconductor device and method manufacturing the same
CN109075192B (en) * 2016-10-17 2021-10-26 富士电机株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
WO2018092787A1 (en) * 2016-11-17 2018-05-24 富士電機株式会社 Semiconductor device
CN106783951B (en) * 2016-12-23 2020-03-24 株洲中车时代电气股份有限公司 Semiconductor device and forming method thereof
CN109478570B (en) * 2017-02-15 2021-08-31 富士电机株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
US10600867B2 (en) * 2017-05-16 2020-03-24 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device having an emitter region and a contact region inside a mesa portion
CN109524396B (en) * 2017-09-20 2023-05-12 株式会社东芝 Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
US10388726B2 (en) * 2017-10-24 2019-08-20 Semiconductor Components Industries, Llc Accumulation enhanced insulated gate bipolar transistor (AEGT) and methods of use thereof
CN109192771B (en) * 2018-08-29 2020-06-30 电子科技大学 Charge storage type insulated gate bipolar transistor and preparation method thereof
CN110504305B (en) * 2019-08-06 2021-02-05 电子科技大学 SOI-LIGBT device with self-biased pmos clamp carrier storage layer
CN113054009B (en) * 2019-12-27 2024-02-23 株洲中车时代半导体有限公司 Groove IGBT chip
JP7305589B2 (en) 2020-03-19 2023-07-10 株式会社東芝 Semiconductor devices and semiconductor circuits
JP7459703B2 (en) * 2020-07-15 2024-04-02 富士電機株式会社 Semiconductor Device
JP7320910B2 (en) 2020-09-18 2023-08-04 株式会社東芝 Semiconductor device and its control method

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002016252A (en) 2000-06-27 2002-01-18 Toshiba Corp Insulation gate type semiconductor element

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11345969A (en) * 1998-06-01 1999-12-14 Toshiba Corp Power semiconductor device
JP2000106434A (en) * 1998-09-29 2000-04-11 Toshiba Corp High-breakdown voltage semiconductor device
JP3647676B2 (en) * 1999-06-30 2005-05-18 株式会社東芝 Semiconductor device
JP3344381B2 (en) * 1999-08-23 2002-11-11 日本電気株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2002100770A (en) * 2000-09-22 2002-04-05 Toshiba Corp Insulating gate type semiconductor device
EP1353385B1 (en) * 2001-01-19 2014-09-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device
JP4823435B2 (en) 2001-05-29 2011-11-24 三菱電機株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2004022941A (en) * 2002-06-19 2004-01-22 Toshiba Corp Semiconductor device
JP3927111B2 (en) * 2002-10-31 2007-06-06 株式会社東芝 Power semiconductor device
JP3971327B2 (en) * 2003-03-11 2007-09-05 株式会社東芝 Insulated gate semiconductor device
CN100514675C (en) 2004-05-12 2009-07-15 株式会社丰田中央研究所 Semiconductor device
JP4575713B2 (en) * 2004-05-31 2010-11-04 三菱電機株式会社 Insulated gate semiconductor device
JP4252039B2 (en) * 2005-01-20 2009-04-08 株式会社日立国際電気 Wireless base station equipment
JP4572795B2 (en) * 2005-02-10 2010-11-04 サンケン電気株式会社 Insulated gate bipolar transistor
JP5040240B2 (en) * 2006-09-29 2012-10-03 三菱電機株式会社 Insulated gate semiconductor device

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002016252A (en) 2000-06-27 2002-01-18 Toshiba Corp Insulation gate type semiconductor element

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE112013006666B4 (en) 2013-02-13 2019-04-11 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
US7675113B2 (en) 2010-03-09
JP2008227251A (en) 2008-09-25
DE102007057222B4 (en) 2012-05-31
US20080224207A1 (en) 2008-09-18
KR100935165B1 (en) 2010-01-06
KR20080086963A (en) 2008-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102007057222B4 (en) Isolated gate transistor
DE112009004595B4 (en) Semiconductor device
DE102015221061B4 (en) Semiconductor device
DE112015005000B4 (en) Semiconductor device
DE19611045C1 (en) Field effect transistor e.g. vertical MOS type
DE19848828C2 (en) Semiconductor device with low forward voltage and high blocking capability
DE102009055322B4 (en) Semiconductor device comprising an insulated gate transistor and diode
DE102015220171B4 (en) Reverse conducting semiconductor device
DE102008000660A1 (en) Silicon carbide semiconductor device and method for its production
DE102008023316A1 (en) Semiconductor device
DE102009049051A1 (en) Semiconductor device with IGBT and FWD on the same substrate
DE3942640C2 (en) MOS semiconductor device
DE112009000253T5 (en) Semiconductor device
DE102008052422A1 (en) Semiconductor device with reduced capacity
DE102008040892A1 (en) Semiconductor device with a diode and an IGBT
DE69937101T2 (en) LATERAL THIN FILM SILICON ON INSULATOR (SOI) ARRANGEMENT WITH SEVERAL AREAS IN DRIFT FIELD
DE112015002496B4 (en) Semiconductor device
DE102008023349A1 (en) Semiconductor device
DE112013002767T5 (en) Semiconductor device
DE112011105785B4 (en) Semiconductor device
DE112013006905B4 (en) IGBT using a trench gate electrode
DE102009042391A1 (en) Semiconductor device
DE102008032796A1 (en) Semiconductor device with P-N column section
DE102012200056A1 (en) Semiconductor device and method of making the same
DE2023219B2 (en) Programmable semiconductor read-only memory

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final

Effective date: 20120901

R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20130601